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摘要: 太阳能作为可再生能源，很早就被人们开发和利用了。随着科学和技术的迅速发展，清洁能源尤其是太阳能越来越引起我国政府的重视。由于光伏技术的逐渐成熟，成本不断下降，太阳能的无处不在，取之不尽。
关键词:太阳能;原理; 逆变器;晶体硅电池;路灯;光伏
1太阳能电池的特性
随着太阳电池温度的增加，开路电压减少，在20-100?C范围，大约每升高1?C每片电池的电压减少2mV；而光电流随温度的增加略有上升。总的来说，温度升高太阳电池的功率下降，典型功率温度系数为－0.35%/?C。也就是说，如果太阳电池温度每升高1?C，则功率减少0.35%。
目前晶体硅温度系数可以控制到-0.3% 薄膜电池温度系数可以控制到-0.2%
光强与电池电流的关系
光强与太阳电池组件的光电流成正比，在光强由100W/m2 - 1000W/m2范围内，光电流始终随光强的增长而线性增长；而光强对光电压的影响很小，在温度固定的条件下，当光强在400W/m2 - 1000W/m2范围内变化，太阳电池组件的开路电压基本保持恒定。
2 设计应用
2.1 系统构成
太阳能路灯系统由四部分构成，分别是太阳能组件、太阳能充放电控制器、蓄电池、照明电路。
3 太阳能路灯系统总体设计方案
我们以太阳能路灯负载为 100W 系统为例，安装太阳能路灯的地点选择江苏省溧阳市。
4 太阳能路灯系统光伏电源的设计
太阳能光伏电源系统的设计分为软件设计和硬件设计，且软件设计先于硬件设计。软件设计包括：负载用电量的计算，太阳能电池方阵面辐射量的计算，太阳能电池、蓄电池用量的计算和二者之间相互匹配的优化设计，太阳能电池方阵安装倾角的计算，系统运行情况的预测和系统经济效益的分析等。硬件设计包括：负载的选型及必要的设计，太阳能电池和蓄电池的选型，太阳能电池支架的设计，以及控制、测量系统的选型和设计。对于大型太阳能电池发电系统，还要有方 阵场的设计、防雷接地的设计、配电系统的设计以及辅助或备用电源的选型和设计。
软件设计由于牵涉到复杂的辐射量、安装倾角以及系统优化的设计计算，一般是由计算机来完成；在要求不太严格的情况下，也可以采取估算的办法
太阳电池发电的全部能量来自于太阳，也就是说，太阳电池方阵面上所获得的辐射量决定了它的发电量。因此我们首先确定太阳电池方针面上所获得的辐射量如何确定，太阳电池板怎样放置能获得最佳的太阳辐射。
4.1 太阳电池板最佳太阳辐射的获得
4.1.1 光伏方阵倾角的选取
光伏电源的发电能力与当地太阳电池板接收到的太阳辐照度大小直接有关,为获得较佳效果，一般需将电池板面与入射阳光垂直，为此可倾斜安装太阳电池板。但是，一般我们能得到当地气象站的太阳辐射数据均是水平面上的年平均日辐射量HL，对于同一地点，一天之内和一年之内的夏天和冬天差异很大。换言之，光强对时间而言是很不均匀的，北方地区尤为突出。因此，对于一个非跟踪的固定方阵而言，方阵电池板选取适当的倾角安装，可兼顾接收太阳辐射量的提高和全年各月辐射的均匀性的改善，从而最充分地利用太阳辐射能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆安装太阳电池板的最佳倾角βop 和最佳辐射系数Kop(辐射单位：kJm－2d－1)，溧阳的气候条件作为本系统设计的依托
数据表
根据地理纬度粗略确定固定太阳能电池方阵倾角，计算方法：
纬度： 0 － 25 度 倾角： 等于纬度；
纬度： 26 － 45度 倾角： 纬度加5 － 10度；
纬度： 45 － 55度 倾角： 纬度加10－15度；
纬度： > 55度 倾角： 纬度加15 － 20度。
溧阳的纬度是北纬31.4度，所以我们可以确定太阳能电池组件倾角的大概范围36.5—46.5度。根据RETSCREEN软件模拟，我们分别选取36度、37度、38度、39度、40度、41度、42度、43度、44度、45度、46度，十个不同点进行比较数据可知道当太阳能电池方阵为37度的时候，为最佳倾斜角，电池组件朝南， 最佳峰值日照实数为4.02度*平方米*日,连续阴雨天为3D,连续阴雨天间隔为10d.
光伏电源的设计步骤
4.1.2 计算负载日功耗QL
计算出所有负载耗电功率与每天的平均工作时间总和（路灯一般每天工作8小时）
QL = Σ Pi × hi=100W×8h=0.8Kw/h
式中，Pi 为各负载的额定功率（W），hi 为相应负载每天平均工作的小时数。
4.1.3 选择方阵倾角 37度
4.1.4 太阳电池组件总用量的计算
容量P=P1+P2 P1:负载的功率 P2:辅助功率
光伏系统充放电效率取0.75(包括蓄电池安时效率、控制器效率、连线和阻塞二
极管损失以及太阳电池温升所导致的功率损失等)，太阳电池组件组合损失修正系数取0.95，灰尘遮挡及其它损失修正系数取0.90。
P1=QL/0.75×0.95×0.90×4.02=310.33914w
P2=Q×d/D×4.02×0.75×0.95×0.90=93.10w
d:连续阴雨天间隔 D：连续阴雨天
P=P1+P2=403.43914w
若太阳能电池选择组件性能如下：
开路电压： Voc=46.2V 短路电流： Isc=5.73A
最大功率点工作电压： Vmax=38.4V 最大功率点工作电流： Imppa=5.36A 组件效率ηm (%): η=16% 最大功率Pmax: Pmax=205
（大气质量AM1.5，辐照度1000W/m2，电池温度25°C测得）
所用太阳能电池组件共2快
太阳电池充电为24V充电系统为蓄电池充电
4.1.5 蓄电池的选取；
由负载的大小，蓄电池的安/时容量，最大允许的放电深度，预定的连续无日照时间等因素共同来决定蓄电池的总用量。
蓄电池Ah容量计算方法：
按照负载100W，每天工作时间是8个小时，每天负载消耗电量是800Wh,本系统为24V系统，因此每日负荷消耗用电量是：
负载大小×负载每天工作时间×（连续阴雨天+1）/蓄电池放电深度×蓄电池放电效率*系统电压=蓄电池Ah容量
800Wh×4D÷0.75÷0.75÷24=237.03Ah
这里选取GFM-300AGM阀控式铅酸蓄电池。2V系列，12个串联在一起。
4.1.6 太阳能充放电控制器选取：
本系统选用的是24V系统，选择的控制器 单路输出SR-L-20A。
4.1.7 灯具的选择：
各类光源的发光效率是不同的，我们在选择灯具的时候应该综合考虑各种因素，列出各种光源的发光效率等量，综合考虑，选取最优光源。
建议选择直流LED灯作为光源。
太阳能路灯灯杆设计
在设计灯杆的时候必须满足风荷载对组件的影响。
太阳能路灯等杆高度10m(含埋入地下部分)，主管为直径108mm的圆管，壁厚3.75mm，安装时必须保证安全接地。
参考文献：
[1]王长贵,王斯成.化学工业出版社《太阳能光伏电实用技术》第一版 2005年.
[2]S.R.Wenham M.A.Green M.E.Watt R. Corkish 上海交通大学出版社 《应用光伏学》第一版,2008年.
论文作者:曹阳
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/11
标签：倾角论文; 太阳能电池论文; 太阳能论文; 负载论文; 蓄电池论文; 纬度论文; 方阵论文; 《基层建设》2016年6期论文;